外部压力下β相奥克托金晶体弹性性质变化的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用投影缀加波方法对不同压力条件下β相奥克托金(β-HMX)的弹性常数进行了计算.计算得到零压条件下β-HMX的体弹性模量为12.7 GPa,剪变模量为4.4 GPa,与实验测量结果接近.对β-HMX弹性常数压力响应的分析表明,随着外部压力增加,晶体的体弹性模量和剪变模量逐渐增加.当外部压力达到7 GPa时晶格开始沿剪应变方向出现不稳定性,与拉曼散射实验结果相符.     

钝感高能炸药三氨基三硝基苯高温高压下热力学性质的分子动力学模拟研究

热力学性质是钝感高能炸药1, 3, 5-三氨基-2, 4, 6-三硝基苯(TATB)爆轰性质和安全性评估分析的重要参数. 由于结构的复杂性, TATB炸药尚缺乏系统的实验和理论计算结果. 结合全原子力场和分子动力学的方法, 本文系统研究了不同温度和压力条件下TATB的力学性质和热力学参数, 得到了弹性模量、德拜温度等随温度、压力的变化情况, 并与实验进行了对比分析. 结果表明: 在 0-50 GPa外部压力下, TATB晶体保持力学稳定, 弹性常数和弹性模量随压力升高而增大, 各向异性程度随压力升高而减小, 泊松比和延展性则受压力的影响较小; 随温度的升高, TATB的力学稳定性逐渐下降, 有发生力学失稳的可能, 各弹性常数随温度升高而逐渐减小, 各向异性程度也随之减小; TATB 的声速和德拜温度同样随着压力升高而增大, 平均声速从0 GPa下的1833 m/s, 增加到10 GPa 下的3143 m/s, 德拜温度由0 GPa下的254 K增加到10 GPa的587 K. TATB 热膨胀系数的计算表明, 在200-500 K 温度常压情况下, 其体热膨胀系数为35.9×10^-5 K^-1, 与实验数据符合较好.     

氮化硅新相P6和P6''的理论研究：一种研究陶瓷材料的新工具

在原子尺度上构建模型,采用密度泛函理论结合准谐波近似研究了氮化硅新相(P6和P6'相)的点阵常数、弹性常数和弹性模量. 并使用β-Si₃N₄作基准材料来测试计算结果的准确性. 研究发现β-Si3N4的晶胞常数和弹性常数与实验值吻合相当好. 研究了P6和P6'相在30～55 GPa的各向异性因子、脆性和力学稳定性,结果表明两相属于金属性和脆性材料,且晶体的脆性和各向异性都随着压强的升高而增大. β相在40 GPa和300 K时会转变成P6'相. 当压强继续升高到5     

高压下硫化钙的弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法结合准谐德拜模型研究NaCl结构的CaS在高压下的弹性和热力学性质.计算得到的零温零压下的晶格常数、体弹模量与实验值符合得很好.弹性常数和弹性模量随着压强的增大而增大.压强对体弹模量和热膨胀系数的影响大于温度的影响.热容随压强的升高而降低,在高温下热容接近于Dulong-Petit极限.通过求解Gibbs自由能计算得到B1结构和B2结构CaS的相变压为36.61 GPa.     

ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

钛合金（TC-6）二阶和三阶弹性常数

 用脉冲回波重叠法测量了钛合金（TC-6）的二阶、三阶弹性常数。实验中发现dμ/dp<0（p<0.17 GPa）,dμ/dp>0（p>0.17 GPa）。     

理论研究VTiTaNbAl_x高熵合金的结构与弹性力学性质

实验已证明VTiTaNbAl_x高熵合金(HEAs)为单相固溶体,它采用了体心立方结构.在本文中,我们使用基于密度泛函理论的饼模轨道(EMTO)结合相干势近似(CPA)方法,计算并分析了此高熵合金体系的平衡体性质,弹性常数及多晶弹性模量.结果表明:此系列高熵合金符合单相高熵合金的理论判据,具有较好的内在塑性,等摩尔比的VTiTaNb高熵合金趋于弹性各向同性.随着Al含量的增加,此系列高熵合金的弹性各向异性趋于增大,但对多晶弹性模量几乎没有影响;同时讨论了基于弹性常数计算的德拜温度.     

理论研究VTiTaNbAlx高熵合金的结构与弹性力学性质

实验已证明VTiTaNbAlx高熵合金(HEAs)为单相固溶体,它采用了体心立方结构. 在这篇文章中,我们使用基于密度泛函理论的饼模轨道(EMTO)结合相干势近似(CPA)方法,计算并分析了此高熵合金体系的平衡体性质,弹性常数及多晶弹性模量. 结果表明：此系列高熵合金符合单相高熵合金的理论判据,具有较好的内在塑性,等摩尔比的VTiTaNb高熵合金趋于弹性各向同性. 随着Al含量的增加,此系列高熵合金的弹性各向异性趋于增大,但对多晶弹性模量几乎没有影响;同时讨论了基于弹性常数计算的德拜温度.     

高压下碱卤晶体的三参量等温状态方程

 由等温体积弹性模量的定义及其与压强关系的假设出发，导出了一个新的适用于高压下碱卤晶体的三参量等温状态方程。计算了室温下NaCl晶体在0～30 GPa压强范围内、CsCl晶体在0～40 GPa压强范围内的相对体积以及NaCl晶体在0～30 GPa压强范围内的等温体积弹性模量，计算结果与实验值一致。对等温体积弹性模量及其对压强的一阶、二阶导数与压强的关系进行了讨论，指出压强趋于无穷大时的等温体积弹性模量是常数。     

第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质

在第一性原理框架下,采用赝势平面波方法研究了三种Mg₂Si同质异相体的晶胞结构、电子结构和弹性性质随压强的变化关系.研究发现,反萤石结构Mg₂Si、反氯铅矿结构Mg₂Si和Ni₂In型Mg₂Si分别在压强为0-7 GPa,7.5-20.2 GPa和21.9-40 GPa范围内能够保持结构稳定.计算获得了不同压强下Mg₂Si的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和各向异 关键词： 态密度 电子结构 弹性常数 第一性原理     

高压下β-InSe弹性常数、电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,本文研究了高压对β-InSe弹性常数、机械性能和电子结构的影响.在0～20 GPa范围内,随着压力的增大,β-InSe的晶格常数、晶胞体积逐渐减小,结构参数a/a_0、c/c_0、V/V_0单调减小.在0～12 GPa范围内,弹性模量G、E、B和泊松比v随着压力增大而增大,在16 GPa时大幅减小,G、E、B分别减小了34.9%、53.3%、82.9%.随着压力增大,Se-In和In-In原子之间的电荷密度增大,Se-In原子之间的共价键增强,层间距减小.而且,β-InSe在20 GPa时带隙消失,发生了半导体向半金属的相变.     

L12型铝合金的结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

运用第一性原理方法研究了L12型铝合金相Al3Sc和Al3Zr的晶体结构、电子结构和弹性.结合能和形成能的计算表明,两种合金具有较强的合金化能力,且Al3Zr较Al3Sc具有更强的结构稳定性.电子结构分析表明,费米能级以下较多的价电子数决定了Al3Zr具有较强的结构稳定性.计算并分析比较了两种合金相的单晶弹性常数(C11,C12和C44)以及多晶弹性模量(体弹性模量B、剪切模量G、杨氏模量Y、泊松比ν和各向异性因子A).通过对比实验和其他理论计算结果,进一步分析和解释了两种合金相的力学性质.     

2H-PbI_2晶体的电子结构和力学性质

采用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP)方法,计算了六角晶系2H-PbI2晶体的电子结构、力学性质和硬度.采用局域密度近似(LDA)方法计算的晶格常数、带隙、弹性常数与实验值和理论值符合较好.计算表明,2H-PbI2是一种直接带隙的半导体,带隙大约为2.38eV.运用复杂晶体硬度计算公式计算了六角晶系2H-PbI2晶体的硬度,硬度值大约为2.54GPa.还发现2H-PbI2晶体的各向异性非常明显.     

2H-PbI2晶体的电子结构和力学性质

采用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP)方法,计算了六角晶系2H-PbI2晶体的电子结构、力学性质和硬度。采用局域密度近似(LDA)方法计算的晶格常数、带隙、弹性常数与实验值和理论值符合较好。计算表明,2H-PbI2是一种直接带隙的半导体,带隙大约为2。38eV。运用复杂晶体硬度计算公式计算了六角晶系2H-PbI2晶体的硬度,硬度值大约为2. 54 GPa。还发现2H-PbI2晶体的各向异性非常明显。     

高压下TiC的弹性、电子结构及热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法 并结合准谐徳拜模型研究了NaCl结构的TiC在高压下的弹性性质、电子结构和热力学性质. 计算所得零温零压下的晶格常数、体弹模量及弹性常数与实验值符合得很好. 零温下弹性常数和弹性模量随压强增大而增大. 通过态密度和电荷密度的分析, Ti-C键随压强增大而增强. 运用准谐德拜模型, 成功计算了TiC在高温高压下的体弹模量、熵、热膨胀系数、徳拜温度、 Grüneisen参数和比热容. 结果表明压强对体弹模量、热膨胀系数和徳拜温度的影响大于温度对其的影响. 热容随着压强升高而减小, 在高温高压下, 热容接近Dulong-Petit极限.     

第一性原理计算M2C（M=V、Nb、Ta）的结构性质、弹性性质和热力学性质

通过密度泛函理论的第一原理计算,研究了 M2C (M=V, Nb, Ta)(空间群:pbcn, No: 60)在高压下的电子结构、弹性和热力学性质。该理论是建立在平面波的基础上,该平面波将在 CASTEP 代码中实现。首先,本文计算的晶格常数与已有的实验结果和理论数据吻合较好。其次,计算了过渡金属碳化物的分波态态密度和总态密度,结果表明这三种过渡金属碳化物均为金属,金属丰度由高到低的顺序为:V2C > Nb2C > Ta2C。第三,研究了高压下的弹性常数 C ij 、集料弹性模量(B、G、E)和泊松比。其中计算得到 Ta2C 的体积模量最高(257 GPa)。根据弹性稳定性判据,预测这三种化合物在 100 GPa 以内均具有力学稳定性。计算的 B/G 比值表明,这三种化合物在 100 GPa 范围内具有延展性。最后,利用准谐德拜模型研究了这三种化合物的热力学性质     

高压下钨弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文利用密度泛函理论研究了高压下bcc结构钨的弹性和热力学性质,计算得到钨的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好;在常压下弹性常数计算值与实验值符合较好的基础上,预测了其高压数据.针对钨的固相结构稳定性问题,根据力学稳定判断标准得到0~600 GPa范围内bcc结构是力学稳定的.此外,通过体模量和剪切模量的计算得到bcc结构钨在压力低于600 GPa时的力学性能表现为韧性.最后,基于准简谐德拜模型,成功预测了钨的热膨胀系数、等压热容、等容热容和熵随着压强和温度的变化关系,为钨及其合金的进一步设计及应用提供参考.     

高压下钨弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文利用密度泛函理论研究了高压下bcc结构钨的弹性和热力学性质,计算得到钨的晶格常数、体弹模量以及其对压强的一阶偏导与实验值符合较好;在常压下弹性常数计算值与实验值符合较好的基础上,预测了其高压数据.针对钨的固相结构稳定性问题,根据力学稳定判断标准得到0~600 GPa范围内bcc结构是力学稳定的.此外,通过体模量和剪切模量的计算得到bcc结构钨在压力低于600 GPa时的力学性能表现为韧性.最后,基于准简谐德拜模型,成功预测了钨的热膨胀系数、等压热容、等容热容和熵随着压强和温度的变化关系,为钨及其合金的进一步设计及应用提供参考.     

钒基固溶体储氢材料弹性性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了（59Cr-41Ti）_100－xV_x（x=5,15,30,60,80,100）六种钒基储氢合金的晶格常数、弹性性质和电子态密度,计算结果与实验值符合较好.发现当x=60时的钒基合金具有较好弹性性质,杨氏模量为14930 GPa,切变模量为5442 GPa及体弹模量为19396 GPa.结合实验循环性能分析认为在吸放氢过程中合金已经发生塑性变形,弹性 关键词： 钒基固溶体 储氢合金材料 密度泛函理论 弹性性质     

过渡金属锇在高压下的力学特性

 基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属锇在高压下的状态方程、弹性常数和其它力学性质。 计算结果表明：过渡金属锇具有很高的体积模量B₀（423.9 GPa）和弹性常数C₁₁（771.3 GPa）与C₃₃（852.0 GPa）,与金刚石的（B₀=452.8 GPa,C₁₁=C₃₃=1 082.9 GPa）比较,具有超低压缩特性;表征材料抵抗剪切变形能力的弹性常数C₄₄（269.8 GPa）和切变模量（276.8 GPa）只有金刚石的（C₄₄=586.9 GPa,G=537.5 GPa）一半,而所成的又是纯金属键,因此锇不具有超硬性。最后,定性分析了它的高体积模量和低硬度的微观电子机制,这对于设计与合成新的超硬性材料具有启发意义。